Ротор винтовой гидромашины

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к героторным механизмам винтовых гидромашин, например, винтовых забойных двигателей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, а также винтовых насосов для перекачки газожидкостных смесей широкого спектра вязкости. Задача полезной модели заключается в повышении надежности, долговечности и улучшении технологичности изготовления ротора винтовой гидромашины. Ротор винтовой гидромашины состоит из нескольких трубчатых секций, с наружными и внутренними винтовыми зубьями, трубчатые секции последовательно и неподвижно соединены между собой при помощи соединительных элементов и (или) сварного шва. Соединительные элементы выполнены с винтовыми зубьями, шаг и направление зубьев соединительных элементов равны шагу и направлению зубьев секций. Толщина стенки трубчатых секций и высота наружных винтовых зубьев h ротора связаны соотношением =(0,2-0,8)h. Сварной шов, соединяющий трубчатые секции между собой, выполнен по торцовому профилю наружных винтовых зубьев и внутренних винтовых зубьев трубчатых секций. Кроме того, длина соединительного элемента L, контактирующего с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций, и диаметр выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций связаны соотношением L>0,5 D. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к героторным механизмам винтовых гидромашин, например, винтовых забойных двигателей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, а также винтовых насосов для перекачки газожидкостных смесей широкого спектра вязкости.

Наиболее близким, выбранным авторами за прототип, является рабочий орган (ротор) винтового забойного двигателя для бурения скважин (Патент SU 1529809, МПК Е21В 4/02, опубл. 15.02.1994 г.).

Ротор винтового забойного двигателя с наружными винтовыми зубьями содержит отдельные секции, размещенные последовательно одна за другой и связанные между собой установленным внутри секций соединительным элементом. Секции ротора выполнены в виде профилированной трубчатой оболочки со стенкой постоянной толщины, причем рабочими поверхностями секций являются наружные винтовые зубья. Соединительный элемент имеет винтовые зубья, совпадающие по шагу и направлению с зубьями секций ротора, эквидистантными им по профилю поперечного сечения. В результате этого зубья соединительного элемента плотно прилегают к внутренним винтовым поверхностям двух соседних секций. Для обеспечения герметичности и неразъемное соединения соединительный элемент и секции ротора неподвижно скреплены между собой известными в технике способами, например, пайкой, склеиванием, контактной сваркой или другими подобными методами.

Соединительный элемент может быть выполнен в виде цельной или полой детали с винтовыми зубьями или в виде профилированной трубчатой детали со стенкой постоянной величины.

Недостатком данной конструкции ротора является низкая надежность и недостаточная долговечность в связи с недостаточной прочностью конструкции.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности, долговечности и улучшение технологичности изготовления ротора винтовой гидромашины.

Технический результат достигается за счет того, что в роторе винтовой гидромашины, состоящем из нескольких трубчатых секций, с наружными винтовыми зубьями и внутренними винтовыми зубьями, трубчатые секции последовательно и неподвижно соединены между собой при помощи соединительных элементов и (или) сварного шва, соединительные элементы выполнены с винтовыми зубьями, шаг и направление зубьев соединительных элементов равны шагу и направлению зубьев секций, согласно полезной модели, толщина стенки трубчатых секций и высота наружных винтовых зубьев h ротора связаны соотношением =(0,2-0,8)h, а сварной шов, соединяющий трубчатые секции между собой, выполнен по торцовому профилю наружных винтовых зубьев и внутренних винтовых зубьев трубчатых секций.

Кроме того, длина соединительного элемента L, контактирующего с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций, и диаметр выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций связаны соотношением L0,5 D.

В предлагаемой полезной модели толщина стенки трубчатой секции является важнейшим конструктивным параметром секционированного ротора. Для обеспечения требуемой прочности ротора на кручение при воздействии максимального тормозного момента соотношение толщины стенки трубчатых секций ротора и высоты наружных винтовых зубьев h ротора должна быть не менее 0,2.

При этом выполнение соотношения толщины стенки трубчатой секции и высоты наружных винтовых зубьев h ротора должно быть не более 0,8, так как в противном случае это приводит к появлению трещин при пластическом деформированию металла при изготовлении ротора и снижению его качества и долговечности. Следовательно, выполнение соотношения =(0,2-0,8)h повышает надежность и долговечность ротора винтовой гидромашины, состоящего из нескольких трубчатых секций.

В предлагаемой полезной модели трубчатые секции соединены между собой сварным швом, выполненным по торцовому профилю наружных винтовых зубьев и внутренних винтовых зубьев секций. Это позволяет повысить неразъемность соединения трубчатых секций и повысить долговечность, улучшить технологичность изготовления ротора винтовой гидромашины.

Наличие в роторе винтовой гидромашины соединительного элемента, выполненного с винтовыми зубьями, контактирующими с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций, причем длина соединительного элемента L не менее или равна 0,5 диаметра выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций ротора позволяет повысить изгибную жесткость ротора в месте стыка трубчатых секций и надежность конструкции.

На фиг.1 (а, б) изображен заявляемый ротор винтовой гидромашины с использованием соединительного элемента для соединения трубчатых секций.

На фиг.2 (а, б) изображен вариант заявляемого ротора винтовой гидромашины без использования соединительного элемента для соединения трубчатых секций.

Заявляемый ротор винтовой гидромашины с использованием соединительного элемента для соединения трубчатых секций (фиг.1а) содержит, по меньшей мере, две соединяемые трубчатые секции 1 и 2 и соединительный элемент 3. Трубчатые секции 1, 2 ротора выполнены в виде профилированной трубчатой оболочки с внутренними винтовыми зубьями 6 и наружными винтовыми зубьями 5 со стенкой постоянной толщины , причем рабочими поверхностями секций являются наружные винтовые зубья 5. Толщина стенки трубчатых секций и высота зубьев наружных винтовых зубьев 5 ротора h связаны соотношением =(0,2-0,8)h. Соединительный элемент 3 имеет винтовые зубья 7, совпадающие по шагу и направлению с внутренними винтовыми зубьями 6 секций ротора. Для обеспечения герметичности и неразъемности соединения трубчатые секции 1, 2 ротора неподвижно скреплены между собой сварным швом 4, выполненным по торцовому профилю наружных винтовых зубьев 5 и внутренних винтовых зубьев 6 секций.

Соединительный элемент 3 может быть выполнен в виде цельной или полой детали с винтовыми зубьями 7 (фиг.1б) или в виде профилированной трубчатой детали со стенкой постоянной величины (на рисунке не показано).

Кроме того, длина соединительного элемента L, выполненного с винтовыми зубьями, контактирующими с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций и диаметр выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций ротора связаны соотношением L0,5 D.

Заявляемый ротор винтовой гидромашины без использования соединительного элемента для соединения трубчатых секций (фиг.2а) содержит, по меньшей мере, две соединяемые трубчатые секции 1 и 2. Секции ротора 1, 2 выполнены в виде профилированной трубчатой оболочки с внутренними винтовыми зубьями 6 и наружными винтовыми зубьями 5 со стенкой постоянной толщины, причем рабочими поверхностями секций являются наружные винтовые зубья 5. Толщина стенки трубчатых секций и высота наружных винтовых зубьев h ротора связаны соотношением =(0,2-0,8)h (фиг.2б). Для обеспечения герметичности и неразъемности соединения секции ротора неподвижно скреплены между собой сварным швом 3, выполненным по торцовому профилю наружных винтовых зубьев 5 и внутренних винтовых зубьев 6 трубчатых секций.

Ротор винтовой гидромашины работает следующим образом. В винтовом забойном двигателе промывочная жидкость (буровой раствор) при помощи насоса прокачивается через рабочие органы винтовой гидромашины (героторный механизм), при этом статор остается неподвижным, а ротор совершает планетарное движение. В винтовом насосе статор также остается неподвижным, а ротору через карданный вал сообщается вращательное движение, в результате чего осуществляется прокачивание жидкости через рабочие органы винтовой гидромашины.

Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет повысить надежность, долговечность и улучшить технологичность изготовления секционного ротора винтовой гидромашины, состоящего из нескольких трубчатых секций.

1. Ротор винтовой гидромашины, состоящий из нескольких трубчатых секций с наружными винтовыми и внутренними винтовыми зубьями, трубчатые секции последовательно и неподвижно соединены между собой при помощи соединительных элементов и/или сварного шва, соединительные элементы выполнены с винтовыми зубьями, шаг и направление зубьев соединительных элементов равны шагу и направлению зубьев секций, отличающийся тем, что толщина стенки трубчатых секций и высота наружных винтовых зубьев h ротора связаны соотношением =(0,2-0,8)h, а сварной шов, соединяющий трубчатые секции между собой, выполнен по торцовому профилю наружных винтовых зубьев и внутренних винтовых зубьев трубчатых секций.

2. Ротор винтовой гидромашины по п.1, отличающийся тем, что длина соединительного элемента L, контактирующего с внутренними винтовыми зубьями трубчатых секций, и диаметр выступов внутренних винтовых зубьев D трубчатых секций связаны соотношением L0,5 D.